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Chemische Oberflächenbehandlung

Jede Endbearbeitung von Edelstahl birgt das Risiko einer Schwächung der natürlichen Korrosionsbeständigkeit des Stahls. Wenn diese Schwächung stärker ist als das, was das gewählte Material verträgt, muss die Korrosionsbeständigkeit wieder hergestellt werden, was auf die sicherste (und günstigste!) Weise durch die chemische Oberflächenbehandlung erfolgt. Bläulich verfärbte, angelaufene Schweißnähte aus einem nach 4301 gebauten Tank. Bei dieser Art von Veränderung ist der Verlust der Korrosionsbeständigkeit bereits kritisch, und um diese wiederherzustellen, müssen alle Verfärbung entfernt werden. Dies geschieht auf die beste und günstigste Weise durch Beizen.

Beizen von rostfreiem Stahl

Das Beizen ist bei weitem die wichtigste chemische Oberflächenbehandlung von Edelstahl. Das Beizbad selbst enthält typischerweise 10-20% Salpetersäure (HNO3) und 1-8% Flusssäure (HF). Hochlegierter Stahl erfordert ein aggressives Beizbad mit hohen Gehalten an Flusssäure, während "normaler" Edelstahl der Güten 4301 und 4401 am effizientesten mit einem relativ hohen Gehalt an HF gebeizt wird. 

Bei Raumtemperaturen beträgt die Beizzeit in der Regel zwischen 30 Minuten und mehreren Stunden, abhängig vom Grad der zu entfernenden Temperung (je dunkler, desto länger) und der Konzentration der Metallverunreinigungen im Bad. Nach dem Beizen haben Sie wieder einen sauberen Stahl ohne jegliche korrosionsbedingte Schwächung.

Der überwiegende Nachteil des Beizens ist die Tatsache, dass es sich um eine Ätzung handelt. Das bedeutet, dass die Oberflächenrauhigkeit des Stahls zunimmt, insbesondere bei sehr glatten Gegenständen, was in der Medizin- und Lebensmittelindustrie äußerst unangenehm sein kann. In diesen Industrien ist es erforderlich, die Rauheit zum Schutz der Mikroorganismen niedrig zu halten. Häufig wird mit einer maximalen Rauheit (als Ra) von 0,6 µm gearbeitet.

Darüber hinaus können Schwankungen in der Oberflächenrauheit das Objekt weniger homogen erscheinen lassen, was jedoch meist von kosmetischer Bedeutung ist. Beachten Sie die Tatsache, dass der Stahl ein stumpfes Aussehen erhält. Dies ist darauf zurückzuführen, dass beim Beizen der Stahl geätzt wird, wodurch die Oberflächenrauhigkeit erhöht wird.

Die Anwendung des Beizens erfolgt am einfachsten durch Eintauchen des Werkstücks in das Beizbad. Wenn dies nicht möglich ist, können Sie eine verdickte Beizpaste auftragen, die mit einem Pinsel auf das Werkstück "aufgemalt" werden kann. Dies ist z.B. beim Feldschweißen äußerst nützlich, wenn nicht die gesamte Anlage, sondern nur das Schweißen gebeizt werden soll.

Passivierung von rostfreiem Stahl

Der Zweck der Passivierung besteht darin, die natürlich schützende Oxidschicht zu verbessern. Als zusätzlichen Vorteil werden freiliegende Einschlüsse und korrosionsbedingte Beeinträchtigungen aufgelöst. Beides erhöht die Korrosionsbeständigkeit des Stahls. 

Das Bad besteht aus 18-25 % Salpetersäure, und die Bearbeitungszeit beträgt normalerweise eine Stunde.

Ein großer Vorteil der Passivierung besteht darin, dass die Oberflächenrauhigkeit nicht beeinflusst wird und die Passivierung daher hervorragend für die Behandlung von z.B. polierten oder glasgeblasenen Oberflächen geeignet ist. Ein großer Nachteil ist jedoch, dass die Härtung um die Schweißung herum nicht entfernt werden kann.  

Dekontamination von rostfreiem Stahl

Bei der Dekontamination werden alle Verunreinigungen werden entfernt, während der eigentliche Stahl völlig unbeeinflusst bleibt. Dekontamination ist eine Form der fortgeschrittenen Reinigung und beeinträchtigt weder die Oberflächenrauhigkeit des Stahls noch Gummi- und Kunststoffmaterialien, weshalb sich das Verfahren besonders für die Reinigung medizinischer Geräte oder anderer Dinge eignet, bei denen das Beizen oder Passivieren zu aggressiv ist. Die meisten synthetischen Materialien vertragen sich nicht mit Salpetersäure oder anderen sauren Oxidationsmitteln.  

Die Dekontamination wird üblicherweise mit einer 2-10%igen Lösung durchgeführt, die aus einer halbschwachen Säure (Phosphorsäure, Zitronensäure, Salpetersäure, Ameisensäure, Oxalsäure usw.) besteht. Die Temperatur beträgt 20-90 °C und die Verarbeitungszeit kann mehrere Stunden betragen, abhängig von der Schwere der Verunreinigung. 

Eisenspuren können oft mit einer Dekontamination bewältigt werden. Rost (Eisenoxid und -hydroxide) ist in Salpetersäure nur langsam löslich, zersetzt sich aber in einer warmen Mischung aus Zitronensäure und Phosphorsäure wesentlich besser. Metallisches Eisen hingegen zersetzt sich besser in Salpetersäure.  

Elektropolieren von rostfreiem Stahl

Das Elektropolieren erfordert eine externe Stromquelle. Das Bad ist typischerweise eine starke Mischung aus Schwefelsäure und Phosphorsäure, die Temperatur liegt meist über 50 °C und das eigentliche Objekt ist durch einen Gleichrichter anodisch gekoppelt. 

Während des Prozesses wird ein Teil des Stahls zersetzt, und da die Auflösung hauptsächlich an der Oberseite der Mikrorauhigkeit der Oberfläche stattfindet, führt der Prozess zu einer langsamen Einebnung. Zusätzlich nimmt die Oberflächenrauhigkeit ab, was wiederum dazu führt, dass die Oberfläche glänzender wird. Das Elektropolieren kann theoretisch auch das Anlassen auflösen, was jedoch bei weitem nicht immer der Fall ist, weshalb empfohlen wird, vor dem Elektropolieren eine Beize durchzuführen. 

Neben einer schönen und glänzenden Oberfläche ergibt sich durch das Elektropolieren auch eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit des Stahls. Eigentlich ist das Elektropolieren das einzige Verfahren, das in der Lage ist, die Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu einer normalen 2b-Oberfläche signifikant zu verbessern. Dies wird durch die geringe Oberflächenrauhigkeit verursacht, die die Oberfläche widerstandsfähig gegen die Aufnahme von Chlorid und anderen Verunreinigungen macht. Oberhalb der Wasserlinie führt die feine Rauhigkeit dazu, dass Salze und andere korrosive Substanzen nur schwer auf dem Stahl haften bleiben, und es gibt Fälle, in denen elektropolierter 4301 ebenso gute Eigenschaften aufweist wie 4401, 2b. 

Der Nachteil des Elektropolierens ist vor allem der Preis. Es ist ein kompliziertes und teures Verfahren, was zum Teil auf die Schwierigkeit zurückzuführen ist, die Kathoden in den richtigen Positionen zu installieren. Elektropolieren ist ein Verfahren, das fast ausschließlich bei besonders kritischen Geräten in Branchen wie der medizinischen Industrie angewendet wird. In dieser Industrie ist eine sehr geringe Rauheit aufgrund der leichteren Reinigung und des geringeren Risikos mikrobiellen Wachstums wichtig.